Lentille optique diffractive multicouche

Pionnier des lentilles asphériques et en fluorine, Canon a également développé une technologie qui associe les caractéristiques de chacune. La technologie de lentille optique diffractive multicouche (DO) a été annoncée en septembre 2000 et un objectif prototype a été présenté lors du salon Photokina 2000 à Cologne. Les objectifs de la série EF de Canon qui intègrent la technologie optique diffractive intègrent les lettres « DO » dans leurs noms, tel le EF 70-300mm f/4.5-5.6 DO IS USM, bien que les objectifs de la série RF de Canon, comme le RF 800mm F11 IS STM, ne suivent plus cette convention, s'alignant ainsi avec tous les autres objectifs RF qui n'incluent pas les matériaux des objectifs dans leur nom.

Les lentilles optiques diffractives utilisent un réseau de diffraction qui modifie le trajet des rayons lumineux. On rencontre la diffraction dans les objectifs ordinaires lors de l'utilisation d'une petite ouverture. Les rayons lumineux qui passent à travers cette ouverture sont très légèrement courbés et ne se déplacent donc plus en ligne droite. Cela modifie la mise au point et réduit la résolution de l'objectif. C'est en raison de cette diffraction que la plupart des objectifs sont les plus performants à une ouverture d'environ deux diaphs en dessous du maximum, plutôt qu'aux plus petites ouvertures.

Cependant, un réseau de diffraction peut être utilisé pour insérer des corrections plutôt que pour créer des aberrations. Les réseaux de diffraction ressemblent un peu à des versions miniatures de lentilles de Fresnel utilisées dans les phares. Ils sont largement utilisés dans les spectroscopes et dans les systèmes de lecture de signaux optiques des lecteurs de CD et de DVD.

Jusqu'en 2000, les lentilles diffractives n'étaient pas utilisées dans les objectifs d'appareils photo, car la lumière blanche a tendance à produire une lumière diffractée superflue lorsqu'elle passe à travers le réseau. Cela provoque des reflets, ce qui dégrade la qualité de l'image.

Canon a résolu ce problème en créant une construction multicouche composée de deux lentilles optiques diffractives à une couche avec des réseaux de diffraction circulaires concentriques opposés. Lorsque la lumière incidente pénètre dans la lentille, la lumière diffractée superflue n'est pas produite et presque toute la lumière est utilisée pour l'image. Une lentille optique diffractive peut alors être utilisée dans un objectif d'appareil photo.

La caractéristique la plus importante de la lentille optique diffractive est l'inversement des positions où les longueurs d'onde s'associent pour former une image, par rapport à celles d'une lentille réfractive. En associant une lentille optique diffractive multicouche et une lentille optique réfractive au sein du même système optique, l'aberration chromatique peut être corrigée encore plus efficacement qu'avec une lentille en fluorine. En ajustant également l'inclinaison (espacement) du réseau de diffraction, la lentille optique diffractive permet d'obtenir les mêmes caractéristiques optiques qu'une surface asphérique meulée et polie, ce qui corrige efficacement les aberrations sphériques et autres.

Utiliser une lentille optique diffractive permet de disposer d'un objectif beaucoup plus compact qu'avec un design de téléobjectif standard. Le EF 400mm f/4 DO II IS USM, par exemple, est environ 26 % plus petit et 36 % plus léger qu'un objectif équivalent 400mm f/4 sans la technologie optique diffractive.

En septembre 2014, Canon a annoncé le EF 400mm f/4 DO II IS USM. Ce super téléobjectif compact a introduit une nouvelle génération de lentille optique diffractive qui diminue les reflets susceptibles d'apparaître avec les lentilles optiques diffractives antérieures.

Le design original de la lentille optique diffractive double couche prend en sandwich une couche d'air entre deux réseaux de diffraction. Cet air et le matériau qui compose les réseaux peuvent provoquer des reflets en forme d'anneau autour des sources de lumière vive dans l'image. Le changement pour un design sans espace, plus l'utilisation d'un nouveau matériau pour les réseaux, diminuent l'apparition des reflets.

La lentille optique diffractive double couche sans espace est également positionnée plus loin dans l'objectif et plus éloignée de la partie avant dans le EF 400mm f/4 DO II IS USM que dans le EF 400mm f/4 DO USM. Elle est donc moins exposée à la lumière indésirable qui peut provoquer des reflets. Ce changement a aussi un effet sur l'angle de la lumière atteignant l'objectif qui devient plus perpendiculaire. Moins de lumière est donc reflétée et la probabilité de reflets avec des sujets à contre-jour est encore plus réduite.

Comme mentionné, l'utilisation d'une lentille optique diffractive multicouche offre un objectif beaucoup plus compact que la construction classique de l'objectif. C'est particulièrement avantageux pour les super téléobjectifs comme le RF 600mm F11 IS STM et le RF 800mm F11 IS STM, conçus pour être utilisés sur des appareils photo hybrides plein format du système EOS R.

Le RF 600mm F11 IS STM est fabriqué avec 10 éléments répartis en 7 groupes tandis que le RF 800mm F11 IS STM dispose de 11 éléments répartis en 8 groupes. Tous deux incluent une lentille optique diffractive multicouche.

Avec une longueur de 269,5 mm lorsqu'il est étendu et prêt à l'emploi, le RF 600mm F11 IS STM est presque 40 % plus petit que le EF 600mm f/4L IS III USM. De la même façon, le RF 800mm F11 IS STM est presque 24 % plus petit que le EF 800mm f/5.6L IS USM. Ce raccourcissement rend les objectifs plus maniables et ils semblent plus équilibrés sur un appareil photo, en particulier lorsque vous prenez des photos sans grip batterie optionnel.

Les deux objectifs RF présentent également un design télescopique : ils se rétractent en longueur respectivement jusqu'à 199,5 mm et 281,8 mm et sont ainsi plus faciles à transporter et à ranger. Avec une ouverture sans lame fixe à f/11, les objectifs produisent des flous d'arrière-plan naturels et attrayants, tandis que la stabilisation de l'image assure la netteté des images.

L'utilisation d'une ouverture fixe diminue le nombre de variables à prendre en considération dans le design des objectifs. Cela permet d'optimiser la construction optique afin d'utiliser au mieux la lentille optique diffractive et de maximiser la qualité de l'image.